中国石油川庆钻探工程公司长庆井下技术作业公司（陕西西安710000）

■大家谈

水平井连续油管钻磨桥塞技术分析及应用

来国荣，安崇清，范琳沛

中国石油川庆钻探工程公司长庆井下技术作业公司（陕西西安710000）

水平井连续油管钻磨桥塞技术目前在长庆油田得到大规模应用，增产提速效果明显。重点介绍了连续油管钻磨桥塞技术，对施工参数进行优化选择，并结合现场实际工作情况分析连续油管钻磨桥塞技术的难点和易出现的问题，提出优化钻模桥塞设计、利用连续油管钻磨水平井水力泵送桥塞、优化工艺参数、合理施加钻压等解决对策。现场采用连续油管进行钻磨桥塞，达到了快速、安全施工的目的。

水平井；连续油管；钻磨桥塞；复合桥塞

水平井水力泵送桥塞分段压裂工艺技术是北美非常规油气藏大规模开发的主体技术[1]，压后为恢复井筒畅通，方便后续作业，需要将井内复合桥塞依次钻磨掉。连续管以其尺寸小、无节箍、起下速度快、管柱挠性大等特点，可实现边钻边冲连续作业，具有带压、快速、高效等优势，是水平井钻磨复合桥塞的可行性工艺技术。近年来，长庆油田引进该项技术，在低渗透油藏的开发中发挥了积极的作用。

1 连续油管钻磨桥塞工艺技术

1.1 连续油管钻磨桥塞工具结构

连续油管钻磨桥塞地面设备组成：连续油管车、注入头、防喷盒、防喷管、工作窗、防喷器、井口修井四通等[2]，如图1所示。

图1 连续油管作业机示意图

目前，国内连续油管钻磨工具大部分依靠租赁或进口，尚未实现国产化，尤其是螺杆马达和磨鞋等核心工具。通常采用的井下动力钻具组合为：连续油管接头、双回压阀、液压丢手、双启动循环阀、双向震击器、螺杆马达和磨鞋，如图2所示。

图2 连续油管井下管串

1.2 连续油管钻磨桥塞工艺

连续油管钻磨桥塞工艺原理[3]：连续油管作业机驱动连续油管及其前端的钻磨工具到达目标位置后，通过地面压裂泵车泵注工作液进入工具串驱动螺杆马达，带动磨鞋转动，再通过合理工作压差和钻压控制，对井内桥塞进行削磨，形成的碎屑在高压水射流冲击作用下迅速离开井底而流向环空，通过工作液循环带出井筒，从而达到保持井筒畅通、沟通产层的目的。液体循环流程如图3所示。

技术特点：其优点主要表现在管柱同径，可连续下入井筒内不需要接单根，很好地解决了水平井钻磨因接单根而引起的卡钻问题，也消除了接单根时可能引起的液体落地问题，且有利于储层保护，降低井控风险。钻磨过程如图4所示。

图3 液体循环流程图

图4 连续油管钻磨桥塞流程

1.3 复合桥塞

复合材料桥塞[4]被用于水平井和垂直井的多层压裂设计，是致密油气藏勘探开发中非常重要的工具，其非金属化的设计大大节省了磨铣时间，主要由中心管、挡环、衬套、卡瓦、楔体、密封组件和可溶球等组成，如图5所示。

图5 复合材料桥塞

1.4 工艺技术难点分析

1）连续油管钻磨桥塞工具串较长，下钻过程中可能会遇到瞬间遇阻折断工具串或连续油管。解决措施：工具间应避免明显的台阶面，同时应控制工具串入井速度，

2）钻磨过程中容易出现憋泵现象。解决措施：根据所选螺杆马达的性能，合理施加钻压；如果出现憋泵现象，应先停泵，待泵压下降且稳定后再上提连续油管。

3）钻磨时容易引起地层吐砂，导致砂卡、砂埋等。解决措施：合理控制井口回压。

4）易发生卡钻、磨穿套管或无进尺等问题。解决措施：根据井口压力和井身结构选择相应性能和尺寸的管柱和工具，并合理组合。

2 钻磨工艺参数优化设计

2.1 钻压设计

连续油管钻磨桥塞过程中，可根据油管悬重和地面泵压来确定钻压的大小[3]。总结现场作业情况，随着钻压的提高，虽然可短时间内提高钻磨速度，但是产生的磨屑尺寸较大，不易返排，易形成卡堵。较大钻压形成的另外一个问题是形成的大磨屑重量较大，容易聚集到磨鞋底部，造成反复钻磨，引起跳钻，导致磨鞋底部切削齿掉落，使磨鞋的切削能力减弱，从而撕扯复合桥塞的橡胶，产生更大的磨屑，如此反复，形成恶性循环。因此，采用“低钻压、高转速、小进尺”设计思路，尽可能将桥塞钻磨成细小的碎屑，便于钻磨液携带返出井口。结合现场实际工作经验，综合推荐钻压为1.0~1.5t。

2.2 钻磨进尺优化

在钻磨过程中获得最佳钻磨进尺是靠经验、操作手的观察和作业后的分析：①监测钻磨复合桥塞的下钻速度；②持续监测连续油管悬重，保持稳定在最小值；③作业后对钻速数据进行分析，总结作业规律和经验。推荐连续油管进尺每次控制在1~2cm。

2.3 排量优化

排量是连续管钻磨复合桥塞作业过程中最重要的参数，不仅关系到螺杆钻的工作性能，而且关系到钻磨效率和携屑效果。观察沉砂罐放喷口滤网发现，钻磨过程中最先上返至地面的是复合材料屑和小尺寸橡胶，随后金属碎屑和陶粒返出，说明磨屑的返出规律与其密度大小成反比。由此可知确保压裂陶粒返出的环空液流返速也能保证其余磨屑上返至地面，因此以压裂陶粒为研究对象，采用牛顿—雷廷格计算法分别计算直井段砂粒沉降速度、斜井段环空止动返速和水平段砂粒的瞬时启动流速，获得砂粒的瞬时启动流速后，计算直井段、斜井段、水平段不同阶段的排量。

1）直井段。牛顿—雷廷格计算公式[5]为：

式中：V1为砂粒在工作液中的沉降速度，m/s；ds为球形砂粒直径，m；ρs为砂粒的密度，kg/m3；ρ1为工作液密度，kg/m3。

在直井段，获得砂粒沉降速度后，可计算出钻磨作业所需最小排量：

式中：R为套管半径，m；r为油管半径，m。

2）斜井段。环空止动返速是阻止岩屑沿圆弧形井壁向下滑动的环空液流返速[6]。环空止动返速与斜井段地层岩性参数和井液流变性能有关，公式为：

式中：V2为环空止动返速，m/s；δ为环空流核宽度，m；r1、r2为环空外、内径，m；τ0为工作液静切应力，Pa；K为工作液稠度系数，Pa·sn；n为流性指数。

在斜井段，获得环空止动返速后，可计算出钻磨作业所需最小排量：

3）水平段。根据泥砂瞬时起动流速[7]，考虑到压裂用陶粒的粒径分布、球度与圆度、抗破碎能力等区别于一般泥砂的特点，简化公式如下：

式中：V3为水平井筒堆积的砂粒启动时的环空流速，m/s；ρs为砂粒的密度，kg/m3；ρ为工作液密度，kg/m3；ξ0为综合粘结力参数，其值与颗粒的物理化学性质有关，对于一般泥砂取值为1.75×10-6m3/s2；δ为薄膜水厚度参数，取值为2.31×10-7m；d为砂粒粒径，m；当d≤0.5×10-3m时，d′取值为0.5×10-3m，当0.5×10-3m＜d＜1×10-2m时，d′=d；Δ=2d；h为水平段套管内径，m；g为重力加速度，取值为9.80m/s2。

在水平段，获得砂粒启动时的瞬时启动流速后，可计算出钻磨作业所需最小排量：

因此，钻磨桥塞所需最小理论排量取Qmin1、Qmin2、Qmin3的最大值。在满足上返携屑最小流速的前提下尽可能采取大排量，排量大则返速增大，容易带出碎屑，不易卡钻。

3 连续油管钻磨桥塞现场应用

X井是长庆油田2014年采用水力泵送桥塞分段压裂的一口水平井，泵入8个桥塞，压裂后关井时间长，钻磨桥塞前井口压力1.0MPa，采用连续油管进行井下动力钻磨。下入连续油管带Φ116mm×0.34 m平底磨鞋工具一套，采用工作液配方：0.3%CJ2-6胍胶液+活性水。钻压1.0~2.0t，泵排量400L/min，马达转速400~600r/min。每天钻磨结束将井底工具起到井口检查工具工作情况，避免碎屑卡埋油管。累计工作时间5天，纯磨单塞平均用时25min。

3.1 存在问题及解决措施

1）钻磨前期施加钻压高，进尺较大，导致形成碎屑尺寸较大，导致泵压迅速升高，导致桥塞磨屑堵塞四通阀法兰部分，造成憋泵，并出现了跳钻现象。堵塞法兰桥塞磨屑如图6所示。

图6 修井四通法兰堵塞

解决措施：上提连续油管，待泵压下降并稳定后下钻继续钻磨；连接双放喷管线，防止一端被堵塞造成泵压升高的情况；将高压活动弯头换成三通接口，并保持放喷管线同径，不能出现缩径情况。

2）钻磨的时候出现钻磨5min以上无明显进尺的情况。

解决措施：上提连续油管5m左右，再下放钻具，调整平底磨鞋与桥塞的接触关系，解决了钻磨无进尺的情况。

3）桥塞碎屑较大，并且在沉砂罐放喷管线口观测到地层吐砂较多，碎屑和砂子可能会滞后返出。

解决措施：上提连续油管沿井筒冲洗碎屑和砂子，每钻完一个桥塞后上提连续油管至入窗点定点循环，并稍微提高泵注工作液排量，使其携带出剩余磨屑，确保井筒干净，再下放连续油管进行后续桥塞钻磨。

3.2 钻磨效果评价

采用连续油管钻磨桥塞安全系数高、劳动强度小、施工周期短，钻磨时间较常规工具油管缩短近50%，提高效率的同时对安全生产起到了积极作用。

4 结论与认识

1）利用连续油管钻磨水平井水力泵送桥塞，钻磨速度快，卡钻风险低，劳动强度小，钻磨工艺安全、可靠。

2）钻磨桥塞时应配置两条返排管线，一条进入沉砂罐，接头和管线尽量使用大内径，并且不能有缩颈；另一条直接接入返排池，以便在正常管线被堵后作为现场应急管线。

3）连续油管钻磨桥塞工具串较长，为避免下钻过程中可能遇到的瞬时遇阻折断工具串或连续油管，工具间应避免明显的台阶面，同时控制下入速度。

4）在现场实际操作时，应根据所选马达的性能，合理施加钻压，如果出现憋泵现象，应立即停泵，待泵压下降后，上提钻具，等泵压稳定后再下放钻具进行钻磨。

5）连续油管钻磨桥塞过程中，采用“低钻压、高转速、小进尺”设计思路，选择钻压1.0~1.5t，马达转速400~600r/min，进尺每次控制在1~2cm。

[1]邹刚,李一村,潘南林,等.基于复合材料桥塞的水平井套管分段压裂技术[J].石油机械,2013,41（3）:44-47.

[2]贺会群.连续管钻井技术与装备[J].石油机械,2009,37（7）: 1-6.

[3]安杰,赵乐,唐梅荣,等.水平井常规油管井下动力钻塞技术研究[J].特种油气藏,2015,22（2）:140-142,158.

[4]白田增,吴德,康如坤,等.泵送式复合桥塞钻磨工艺研究与应用[J].石油钻采工艺,2014,36（1）:123-125.

[5]沈燕来,陈建武.冲砂洗井水力计算方法综述[J].水动力学研究与进展(A辑),1998，13(3):347-354.

[6]李洪乾,杲传良,任耀秀，等.水平井钻井第二洗井区环空止动返速的计算[J].石油钻探技术，1995,23(S1):27-29.

[7]窦国仁.再论泥沙起动流速[J].泥沙研究，1999(6):1-9.

本文编辑：王梅

Coiled tubing bridge plug drilling and grinding technology for horizontal wells has been widely applied in Changqing Oilfield,and it has obvious production-increasing and speed-increasing effect.Based on field practice,the difficulties and problems in the application of the coiled tubing bridge plug drilling and grinding technology are analyzed,some countermeasures such as optimizing bridge plug drilling and grinding design,sending the bridge plug in horizontal well by coiled tubing drilling and grinding hydraulic pump,optimizing the process parameters,applying reasonable drilling,are proposed.The field applications of the coiled tubing bridge plug drilling and grinding technology achieve the purpose of fast and safe construction.

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2015-08-04

来国荣（1977-），男，工程师，主要从事油气井试油压裂工作。